區塊鏈共識機制之POW算法

程 瑤，高麗芬，胡全貴

（1.中國礦業大學（北京），北京 100000；2.北京國網信通埃森哲信息技術有限公司，北京 100000）

1 工作量證明的原理

POW是區塊鏈主流共識算法：工作量證明POW、權益POS、股份授權證明DPOS中一種，是由算力決定區塊的記賬權歸屬那個節點所有，那個節點先算出哈希函數的下一個隨機數數值，得到收益，即俗稱的“挖礦”。

例如以下的區塊鏈中一個區塊的基本結構：

以上區塊信息中“Nonce”就是這個隨機數，各個節點通過算力計算出下一個區塊的Nonce，即擁有該區塊記賬打包的權利，并獲得Block Reward。

2 工作量證明函數

POW采用SHA256對區塊頭做雙重運算，而SHA256是單向函數，所以結果很難計算出來。節點在挖礦過程中，當隨機生成的Hash值小于難度值則挖礦成功，例如以下節點挖礦的函數：

在以上函數中，當hashInt小于Block里面的target，則跳出循環，輸出計算得出的nonce數值，即挖礦成功，得到挖礦的收益。

3 工作量證明過程

3.1 創始區塊

區塊作為區塊鏈存儲結構中的數據元素，收尾相接促成單向鏈式存儲結構，第一個元素為創始區塊，包塊共識機制的設置，出塊時間，礦工收益等初始參數設置。例如以下為一個區塊的創始區塊：

3.2 生成鑄幣交易

注釋：coinbaseTx 新建一鑄幣交易對象。

3.3 調整Nonce數值

采用SHA256對區塊頭做雙重運算，當節點計算出的隨機數小于小于設置的難度值時，則挖礦成功。